基于Lon Works的樓宇電氣自動(dòng)化檢測控制技術(shù)研究

劉 磊

平頂山中選自控系統(tǒng)有限公司工，河南 平頂山 467001

在科技飛速進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，樓宇的智能化也越來越普及，智能建筑是高科技與現(xiàn)代建筑的巧妙結(jié)合，是綜合經(jīng)濟(jì)國力的具體表現(xiàn)。作為基礎(chǔ)的組成部分，樓宇電氣自動(dòng)化在智能型建筑中的地位舉足輕重。樓宇電氣化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)與管理的數(shù)據(jù)共享，利用數(shù)據(jù)庫自動(dòng)存儲樓宇設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)與歷史故障信息，能夠進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷及自動(dòng)報(bào)警，從而現(xiàn)代對信息數(shù)據(jù)的有效管理。所以，對樓宇的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并加以有效控制，對保證建筑內(nèi)最佳生活與工作環(huán)境，保障樓宇整體的安全水平具有非常重要的意義。

1 樓宇電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的工作原理

21世紀(jì)的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)集成的系統(tǒng)，面向不同層次的需求提供各種完善的開放性技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)對各個(gè)層次進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場層、自動(dòng)化層到管理層的管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)一體化。樓宇電氣自動(dòng)化系統(tǒng)采用現(xiàn)場被控制處的微型計(jì)算機(jī)對被控設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測和控制。因此，該系統(tǒng)具有集中管理分散控制的特點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)中央控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中的缺陷。中央管理計(jì)算機(jī)安裝于中央控制室，基于現(xiàn)代控制理論，能夠集中操作、顯示、預(yù)警、打印及優(yōu)化控制，避免了常規(guī)設(shè)備控制功能單一的局限性。通過對建筑內(nèi)各種機(jī)電設(shè)備的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，決策最優(yōu)化的控制手段，實(shí)現(xiàn)不同層次系統(tǒng)設(shè)備的集中監(jiān)控和管理，以達(dá)到保證系統(tǒng)運(yùn)行的高效有序，降低故障發(fā)生率，節(jié)省能耗，提高管理水平的目的。

2 Lon Works在樓宇電氣自動(dòng)化檢控中的優(yōu)越性

Lon Works即現(xiàn)場總線，是指以系統(tǒng)內(nèi)測量和控制機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，利用該網(wǎng)絡(luò)將各種傳感器、操作終端和控制器之間的通訊進(jìn)行特化。經(jīng)過通訊的數(shù)字化，使時(shí)間分割、多重化、多點(diǎn)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化、節(jié)省配線。Lon Works技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠商建筑設(shè)備一體化兼容，使各個(gè)子系統(tǒng)和設(shè)備間進(jìn)行自由數(shù)據(jù)交流，從而獲得最佳檢測控制效果。

2.1 實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)通信

傳統(tǒng)檢控系統(tǒng)采用分級策略，難以實(shí)現(xiàn)前端數(shù)據(jù)的數(shù)字化通信，不能保證長距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。Lon Works技術(shù)采用面向?qū)ο蟮摹熬W(wǎng)絡(luò)變量”設(shè)計(jì)方法，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行就近處理，將結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)傳送，保證通信的可靠性；簡化可復(fù)雜分布式應(yīng)用編程，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)的靈活化。

2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，通信協(xié)議可靠

Lon Works通過多種收發(fā)器構(gòu)成不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，收發(fā)器支持的傳輸介質(zhì)也實(shí)現(xiàn)多樣化。用戶可根據(jù)實(shí)際情況采用經(jīng)濟(jì)可靠的介質(zhì)材料組構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。在130m范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)通信的速率可達(dá)到1.25Mbps。并且采用CSMA作為Lon Works協(xié)議的沖突檢測，能夠保證網(wǎng)絡(luò)在重載狀態(tài)下不會(huì)癱瘓。

2.3 Neuron智能芯片提供網(wǎng)絡(luò)通信物質(zhì)基礎(chǔ)

Neuron芯片是高度集成的神經(jīng)芯片，為Lon works的節(jié)點(diǎn)心臟。該芯片采用CMOSCLSI技術(shù)，含有三個(gè)8位CPU。該CPU的職能為介質(zhì)訪問控制、網(wǎng)絡(luò)處理和應(yīng)用處理，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的智能化。作為基本的可編程控制單元，Neuron芯片能夠在控制對象發(fā)生變更時(shí)，通過改變其用戶程序?qū)崿F(xiàn)功能的適用化。

3 Lon works檢控系統(tǒng)的開發(fā)

3.1 樓宇內(nèi)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)資源的確定

首先，依據(jù)使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的物理連接盡量簡單化和連接介質(zhì)最大經(jīng)濟(jì)可靠化的原則，確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

然后，利用建筑內(nèi)已有的或準(zhǔn)備鋪設(shè)的電氣設(shè)備線路，確定網(wǎng)絡(luò)不通段路德傳輸介質(zhì)類型和通過能力。

在上述工作的基礎(chǔ)上，以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)利用率最大化為原則確定系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和其具體的布置位置。

最后，通過調(diào)查訪問了解用戶是否需要建立電氣自動(dòng)化系統(tǒng)和其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃。

3.2 單節(jié)點(diǎn)的確定和節(jié)點(diǎn)功能的分配

首先，采用Lon Works對象對節(jié)點(diǎn)的外部接口信息進(jìn)行定義，并描述該節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的共享數(shù)據(jù)。然后，在Neuron芯片上利用Neuron C語言編寫節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序，將Lon Works對象的描述映射到該應(yīng)用程序。用戶只需進(jìn)行兩項(xiàng)行為便能實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的智能檢控，即指定需要通過網(wǎng)絡(luò)傳遞的信息，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量的定義；以及指定該信息的發(fā)送者與接受者，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量的捆綁。

圖1 樓宇內(nèi)溫度的網(wǎng)絡(luò)捆綁

上圖為利用Lon Works技術(shù)建立網(wǎng)絡(luò)變量的定義與捆綁，對樓內(nèi)溫度進(jìn)行檢控。從圖中可以看出，采用3個(gè)Lon Works設(shè)備即可對冷熱源對象的溫度進(jìn)行控制。一是將溫度值定義為輸出網(wǎng)絡(luò)變量的溫度傳感器；二是將設(shè)定值定義為輸出網(wǎng)絡(luò)變量的設(shè)定器；三是PID調(diào)節(jié)器。

系統(tǒng)中具體的Neuron C語句如下：

3.3 檢控網(wǎng)絡(luò)集成與測試

首先，采用LonBuilder網(wǎng)絡(luò)管理器在實(shí)驗(yàn)室對所有的節(jié)點(diǎn)或部分節(jié)點(diǎn)集成和調(diào)試。然后，通過網(wǎng)絡(luò)管理器向每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置網(wǎng)絡(luò)地址，對每個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量的變量地址進(jìn)行綁定。最后，建立并維護(hù)節(jié)點(diǎn)、路由器數(shù)據(jù)庫等因子，實(shí)現(xiàn)所有用戶信息對網(wǎng)絡(luò)管理器的透明化，進(jìn)行自動(dòng)檢控管理。開發(fā)者通過顯示、觀察和修改網(wǎng)絡(luò)上的任意節(jié)點(diǎn)變量，對節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測與控制。

3.4 檢測網(wǎng)絡(luò)的安裝與調(diào)試

檢測網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)場采用LonWorks LonMaker安裝工具進(jìn)行系統(tǒng)安裝。對實(shí)際地址進(jìn)行分配，網(wǎng)絡(luò)變量進(jìn)行捆綁，實(shí)際節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置之后，采用LonManager協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)性能、診斷網(wǎng)絡(luò)承載能力、通道容量及節(jié)點(diǎn)吞吐兩進(jìn)行分析，確保系統(tǒng)的正常高效運(yùn)行。

4 結(jié)論

1）樓宇電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的智能檢測技術(shù)目前國內(nèi)外研究甚多，但基于Lon Works的檢測系統(tǒng)優(yōu)勢更突出，應(yīng)用前景更廣泛；

2）Lon Works技術(shù)在電氣自動(dòng)化檢測控制中原理簡單，結(jié)構(gòu)明晰，應(yīng)用便捷，具有良好的實(shí)用性和推廣性；

3）新系統(tǒng)的開發(fā)需要更多的現(xiàn)場應(yīng)用來驗(yàn)證其效能，在現(xiàn)場安裝中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇最優(yōu)的介質(zhì)材料，組成合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

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